[发明专利]一类基于金属卟啉或磺化金属卟啉的有机-金属杂化催化剂在CO2

说明书

本发明涉及一类基于金属卟啉或磺化金属卟啉的有机‑金属杂化催化剂及其催化CO₂和环氧化物环加成制备环状碳酸酯的方法；为了改善金属配合物催化剂通常无法与产物分离，难以实现循环利用的缺点，本发明将有机催化剂聚醚有机碱通过简单的配位组装到金属卟啉或磺化金属卟啉的金属中心上，得到一类新型的基于金属卟啉或磺化金属卟啉的有机‑金属杂化催化剂，实现了金属配合催化剂和有机催化剂的一体化；该催化剂具有合成简单、高催化活性和选择性、易分离循环和长寿命的优点，符合绿色合成的工艺要求。

技术领域

本发明涉及化学化工技术领域，具体地涉及一类基于金属卟啉或磺化金属卟啉的有机-金属杂化催化剂及其催化CO₂和环氧化物环加成制备环状碳酸酯的方法。

背景技术

二氧化碳(CO₂)是导致全球气候变暖的主要温室气体，也是地球上取之不尽、廉价、无毒、可循环再生的绿色C₁资源。实现CO₂的资源化利用对CO₂的减排、改善环境和降低人类对化石燃料的依赖具有重要的战略意义。近年来，环状碳酸酯作为高附加值化学品在精细化工、锂电池制造、聚碳酸酯和聚氨酯的合成等领域获得了广泛应用。而由CO₂与环氧化物环加成制备环状碳酸酯是一种具有100％原子经济性的绿色化学方法，其作为有毒光气合成法的替代是CO₂高效资源化利用的重要途径之一，一直备受学术界和工业界的关注。然而，CO₂是热力学稳定的分子，实现CO₂高效转化的关键是高效催化剂的研制与开发。金属基催化剂(Dalton Trans.2018,47,13281–13313.)，特别是金属配合物，如金属卟啉或金属Salen，通常具有较高的催化活性，然而，这类金属配合物催化剂通常无法与产物分离，难以实现循环利用，极大地限制了它的工业应用。近年来，有机催化剂(Green Chem.2021,23,77–118；Catal.Sci.Technol.2017,7, 2651–2684.)因其合成相对简单和易于回收循环等优点受到广泛关注，但有机催化剂的催化活性却显著低于金属配合物。因此，如果能够将金属配合催化剂和有机催化剂的优点加以融合，将有望创制出高效且可循环的CO₂环加成催化剂。Jing等报道了Lewis酸位和季铵盐(或季鏻盐)双功能化的金属卟啉(Chin.J.Catal.2010,31,176–180.)和金属Salen(ChemCatChem 2009,1,379–383；J.Catal.2015,329,317–324.)，以及双咪唑功能化的Co卟啉(Green Chem.2016,18,3567–3576.)；Ji等合成了咪唑离子液体修饰的Zn卟啉 (Sustainable Energy Fuels 2018,2,125–132.)和聚醚咪唑离子液体功能化的金属Salen(Green Chem.2014, 16,1496–1506；J.CO₂Util.2017,19,257–265.)；Tadashi Ema等也报道了双功能化的金属卟啉(J.Am.Chem. Soc.2014,136,15270-15279.)；Liu等报道了吡啶鎓盐功能化的金属Salen(ACS Catal.2012,2,2029-2035.)，等等。然而，上述具有“有机-金属杂化”特点的催化剂通常存在合成路线冗长复杂的缺点。

因此，开发高效、易合成和分离、且兼具超长使用寿命的有机-金属杂化催化剂对于高效催化转化CO₂合成环状碳酸酯具有十分重要的意义。

发明内容

针对上述现有技术中存在的局限性，本发明创制出一类基于金属卟啉或磺化金属卟啉的有机-金属杂化催化剂，并将其应用于催化CO₂和环氧化物环加成制备环状碳酸酯的反应中。本发明将有机催化剂聚醚有机碱分子通过简单的配位组装到金属卟啉或磺化金属卟啉的金属中心上，得到一类新型的基于金属卟啉或磺化金属卟啉的有机-金属杂化催化剂，实现了金属配合催化剂和有机催化剂的一体化。

与现有技术相比，本发明的基于金属卟啉或磺化金属卟啉的有机-金属杂化催化剂具有以下突出的优点：